Artigo apresentado por N Packer, Universidade de Staffordshire, RU, Junho de 2011

Transcrição

1 Anatomia de um sistema Hidroelétrico de pequena escala Artigo apresentado por N Packer, Universidade de Staffordshire, RU, Junho de 2011 Aspetos gerais A energia solar evapora a água dos mares produzindo nuvens e, quando as gotas atingem uma massa suficiente, a gravidade atrai a água de volta para os oceanos na forma de chuva. Em contrapartida, se esta chuva cair sobre terreno alto e for canalizada para rios com um curso de água veloz, temos a oportunidade de extrair alguma da sua energia ao separar parte do fluxo e fazê-lo passar por uma turbina de água/gerador que se encontre preparado para produzir electricidade. As definições alteram mas uma central hídrica de pequena escala pode ser subdividida em instalações mini (<1MW) e micro (<300kW). Componentes Hidroelétricos Esquemas de centrais hídricas requerem uma bifurcação ou separação de uma porção do fluxo para um sistema de represas (1). Ver a figura a baixo. O canal de partida (2) é comummente chamado de canal adutor ou canal de água para moinho. No fim do canal adutor está um tanque de repouso (3) frequentemente chamado de baía de carga Componentes genéricos hidroelétricas de pequena escala O canal adutor pode ter desaguadores (4) para devolver o excesso de água ao rio.

2 Depois do canal adutor, a água entra num tubo (5) denominado de açude para iniciar a parte final da viagem até à turbina hídrica. Se um local tiver uma tipografia difícil, ou é ambientalmente sensível, o canal é algumas vezes omitido e um açude extra transporta a água da bifurcação do rio diretamente para a turbina hídrica. A turbina hídrica e o gerador elétrico estão alojados na casa das máquinas (6). [Num sistema de barragem o canal adutor e o açude estão dispensados e a casa das máquinas está a funcionar em linha direta com a corrente do rio.] Após a passagem pela turbina, a água é devolvida ao rio ou curso de água através de um canal de abrandamento (7) denominado de canal de saída. Saídas de Potência e Energia Os dois parâmetros mais importantes associados à saída de potência de um sistema hidroelétrico são fluxo e direção. O fluxo é o volume de água que passa Q(m 3 /s) pela turbina e a direção H(m) é a distância vertical que a água viaja desde o ponto de abastecimento (exemplo a entrada do açude) até à descarga da turbina. As turbinas hídricas são bastante eficazes a transformar potência liquida em mecânica (poço de rotação) através de converteres tendo um leque de eficácia de 70-90%. A eficácia geral irá depender da eficácia do gerador elétrico, mas varia normalmente entre os 50-70%. Para fins de ilustração a influência de direção e fluxo, uma expressão simplificada para o esquema de saída de potência elétrica P(kW e) numa central hidroelétrica que funcione com uma eficácia de 60% seria: P = 5,9 x Q x H (kw e ) Assim, tira-se o melhor partido possível da direção (H) e do rácio do fluxo (Q) o que irá maximizar a saída de potência e a energia produzida. Para maximizar a captura de energia em período de pouco fluxo de água nos rios, a maior parte das turbinas hidroelétricas são capazes de funcionar com baixos fluxos de água devido ao seu design. A saída de potência, nestas alturas, será abaixo do padrão

3 mencionado acima. Uma estimativa da saída anual de energia irá então depender de fatores equivalentes à capacidade máxima de uma central hídrica que é, normalmente, entre os 40-70%. Usando o exemplo acima mencionado, para uma turbina hídrica com a capacidade de 55% a estimativa anual de saída de energia elétrica E (kwh e /annum) seria: E = 5,9 x Q x H x 0,55 x 8760 = x Q x H ( kwh e /annum) Conclusões A direção é mais ou menos fixa e é melhor determinada através de medições no local, ou se for menos precisas através de estudos preliminares de viabilidade feitos por mapas topográficos. O fluxo disponível para a turbina, por seu lado, é uma variável que depende de vários fatores. Hídricos (fluxo versus tempo) e a duração das curvas do fluxo (fluxo versus percentagens de tempo excedido) são frequentemente usados para determinar a rapidez (variação do fluxo) de um rio ou corrente. Acima de tudo, a porção de fluxo redirecionada para a produção energética não deverá deixar a região ( extensão ),de extração do rio ecologicamente danificada, sendo consequentemente os estudos hidrológicos e biológicos do local uma prioridade ao pensar na dimensão do esquema.

4 Unidades & Abreviações Volume: m 3 metros cúbicos Rácio do volume do fluxo: Q m 3 /s Nota 1m3 = 1000 litros Direção: metros (distância vertical) Energia: kwh (quilowatts-hora) Potência: W-Watt KW (quilowatts) Milhares de Watts MW (Megawatts) milhões de watt Pesquisa e leitura adicional Um guia para principiantes acerca de Energia e Potência, N Packer, Universidade de Staffordshire, RU, artigos do RETS, Fevereiro

5 Neil Packer é um engenheiro diplomado e conferencista sénior na Faculdade de Computação, Engenharia e Tecnologia, da Universidade de Staffordshire, RU. Ele tem estado a lecionar engenharia termo-fluída e ambiental durante quase 20 anos e trabalha também como um Consultor de Baixo Carbono providenciando um vasto leque de serviços energéticos a empresas, industrias autoridades locais. Detalhes de contacto: Faculdade de Computação, Engenharia e Tecnologia Universidade de Staffordshire Beaconside, Stafoord, ST18 OAD Telf n.packer@staffs.ac.uk Esta informação foi apresentada como parte do Projeto de Sistemas de Transferência de Energias Renováveis (RETS) financiado pelo INTERREG IVC através do Fundo de Desenvolvimento Regional. O tempo ação do projeto é de Janeiro de 2010 até Dezembro Para mais informações e para participar na nossa comunidade on-line, visite: